河流新陈代谢控制北极河流中的昼夜模式和二氧化碳逃逸 (HOBO U20/eosGP CO2应用案例)

2022-02-25 14:39:55 点将科技 73

Stream metabolism controls diel patterns and evasion of CO2 in Arctic streams

Gerard Rocher-Ros,Ryan A. Sponseller,Ann-Kristin Bergström,Maria Myrstener,Reiner Giesler

摘要溪流在全球碳 (C) 循环中发挥着重要作用,尽管面积较小,但从内陆水域逃逸的二氧化碳中有很大一部分来自溪流。然而,不同的陆地和水生过程驱动二氧化碳的产生和逃逸的相对重要性仍然知之甚少。在这项研究中,作者在2015年和2016年夏季连续测量了瑞典北部以冻土带为主的流域的溪流中的O2和CO2。由此,同时估计了每日代谢率和二氧化碳逃逸量,从而洞察了北极河流代谢作为碳动态驱动力的作用。结果表明,水生生物过程在多个时间尺度上调节CO2的浓度和逃逸速率。光合作用导致二氧化碳浓度在白天下降了900ppm,这种日变化的幅度在低湍流河流中最强烈。二氧化碳浓度的昼夜变化模式反过来又影响了逃逸速率,夜间的逃逸率最高可达45%。整个夏季,水生生态系统的呼吸作用维持着二氧化碳的逸出,呼吸作用比初级生产总值高一个数量级。此外,在大多数情况下,河流呼吸的贡献超过了CO2逃逸的贡献,这表明一些河流河段是CO2的净来源,从而造成了该河流网络中C的生产和损失的纵向异质性。总的来说,这一项研究结果提供了北极地区河流代谢和二氧化碳逃逸之间的重要联系,并证明了河流代谢过程是这些景观输出的陆地有机质转化和命运的关键驱动因素。

研究方法:

图片关键词

Miellajokka流域地图,颜色显示海拔变化。黑点代表本研究中测量点的位置。插图显示了Miellajokka流域在斯堪的纳维亚半岛内的位置,虚线代表北极圈


      研究者在2015年和2016年在北极的Miellajokka河流域布设了6个监测点,同时监测水温、水文、流量水体CO2浓度和溶解氧。水温和水位用HOBO U20-001-04 水位记录仪每个小时记录一次;水体CO2浓度用红外气体分析仪(IRGA) 每个小时记录一次。在M1和M16监测点,研究者使用 GMT220传感器,其对溶解的气体具有高度渗透性,但对水没有渗透性。在M6、M9、M10和M17站点,研究者使用eosGP CO2浓度探头(Eosense Inc)。eosGP传感器使用了与GMT220相同的技术,但设计中包含了PTFE薄膜。GMT220和eosGP传感器连接到CR1000数据记录器(Campbell Scientific Inc.),由12v铅酸电池供电。在现场部署前和部署后,传感器在实验室中使用标准气体进行校准,气体浓度分别为400ppm、2000ppm和5000ppm。传感器被放置在保护套管中,以避免由于洪水和水中岩石运动造成的损坏,并每3周进行检查和轻轻清洗。由于膜材料的脆性和一些水流的极端条件,发生了几次故障并导致数据丢失,特别是在M1处。研究者使用miniDOT氧记录器每10分钟监测一次氧气浓度。所有探头都安装了一个铜网,以避免生物淤积,传感器被放置在水流的相反方向,以防止碎片堆积和石头的冲击。部署前后,使用再曝气水对传感器进行交互校准,以达到100%的氧饱和度,然后添加干酵母将氧饱和度降低到0%。

     所有的探头都使用一根带孔钢管连接到一个重金属平台上,以防止移动。温度/水位记录仪稳稳地放置在管道内部,CO2传感器在管道外部但位于管道下游,以便暴露在流动的水中,而O2传感器与水流平行,传感器面向下游。我们在选择这些地点时考虑了三个标准:(a)在河流底部找到一个合适的位置来安装仪器设备,这样在基流条件下,它们就不会暴露在空气中,同时也避免了深水池;(b)远离上游支流汇入处(除M16外,所有河流到最近支流的距离>1 km);(c)无地下水输入影响。在2-6次试验中,研究这通过比较部署地点与上游50-500米(视溪流大小而定)河流段盐度的差异来估计地下水的输入量。对于每个监测点,研究者观察到相似的流量值,差异小于10%,以此可以排除地下水输入对代谢的影响。

 水位记录仪       二氧化碳浓度监测

U20-001-04 水位记录仪              eosGP 土壤二氧化碳监测仪

监测结果:

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主要监测设备:

HOBO U20-001-04 水位记录仪:HOBO U20系列水位计具有使用方便和设计小巧的特点,可以在记录水位变化的同时记录水中的温度变化,适用于河流、湖泊、湿地和沼泽等,。它具有精度高、使用方便、价格便宜的优点。

eosGP 土壤二氧化碳监测仪eosGP 土壤二氧化碳监测仪是一款可原位连续监测二氧化碳含量,结构坚固,既可埋于土壤中,又可淹没在溪流或湖水中,甚至可以用于雨雪环境。低能耗,开箱即用,可掩埋,形状小,可兼容大部分基础数据采集器,易使用,非常适用于野外系统集成观测。


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